एक आभासी वास्तविकता वातावरण में मानव पर्यवेक्षकों का नियंत्रित रोटेशन
Summary
मानव पर्यवेक्षक का नियंत्रित भौतिक रोटेशन कुछ प्रयोगात्मक, मनोरंजक और शैक्षिक अनुप्रयोगों के लिए वांछनीय है। यह पेपर एक आभासी वास्तविकता वातावरण में नियंत्रित भौतिक रोटेशन के लिए एक माध्यम में एक कार्यालय कुंडा कुर्सी को परिवर्तित करने के लिए एक विधि की रूपरेखा तैयार करता है।
Abstract
वर्चुअल रियलिटी (वीआर) प्रणालियों की कम लागत और उपलब्धता ने अधिक प्राकृतिक, बहुसंवेदी और इमर्सिव स्थितियों के तहत धारणा और व्यवहार में अनुसंधान के हालिया त्वरण का समर्थन किया है। अनुसंधान का एक क्षेत्र जो विशेष रूप से वीआर सिस्टम के उपयोग से लाभान्वित हुआ है, वह मल्टीसेंसरी एकीकरण है, उदाहरण के लिए, आत्म-गति की भावना को जन्म देने के लिए दृश्य और वेस्टिबुलर संकेतों का एकीकरण। इस कारण से, एक आभासी वातावरण में एक पर्यवेक्षक के नियंत्रित भौतिक रोटेशन के लिए एक सुलभ विधि एक उपयोगी नवाचार का प्रतिनिधित्व करती है। यह पेपर उस गति को वीआर अनुभव में एकीकृत करने के लिए एक विधि के साथ-साथ कार्यालय कुंडा कुर्सी के रोटेशन को स्वचालित करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है। एक उदाहरण प्रयोग का उपयोग करते हुए, यह प्रदर्शित किया जाता है कि भौतिक गति, इस प्रकार उत्पादित, अपेक्षाओं के अनुरूप तरीके से एक पर्यवेक्षक के दृश्य अनुभव के साथ एकीकृत होती है; उच्च एकीकरण जब गति दृश्य उत्तेजना और कम एकीकरण के साथ संगत होती है जब गति असंगत होती है।
Introduction
कई संकेत आत्म-गति 1 की भावना पैदा करने के लिए प्राकृतिक परिस्थितियों में गठबंधन करतेहैं। इस तरह की भावना का उत्पादन कई मनोरंजक, स्वास्थ्य और शैक्षिक वीआर अनुप्रयोगों 2,3,4,5 में एक लक्ष्य है, और बस यह समझना कि आत्म-गति की भावना देने के लिए संकेत कैसे गठबंधन करते हैं, न्यूरोसाइंटिस्टों 6,7,8,9,10,11 का दीर्घकालिक प्रयास रहा है . आत्म-गति धारणा के लिए संकेतों के तीन सबसे महत्वपूर्ण वर्ग दृश्य, वेस्टिबुलर और प्रोप्रियोसेप्टिव1 हैं। सभी तीन वास्तविक दुनिया में प्राकृतिक सक्रिय आंदोलन के दौरान आत्म-गति की एक मजबूत और समृद्ध भावना प्रदान करने के लिए सर्वांगसम रूप से गठबंधन करते हैं। संकेतों के प्रत्येक वर्ग की भूमिका को समझने और संकेतों को कैसे संयोजित किया जाता है, इसकी भावना प्राप्त करने के लिए, शोधकर्ताओं ने पारंपरिक रूप से एक या एक से अधिक संकेतों के प्रयोगात्मक पर्यवेक्षकों को वंचित कर दिया है और / या एक दूसरे के साथ संघर्ष मेंसंकेतों को रखा है 1,12। उदाहरण के लिए, प्रोप्रियोसेप्टिव संकेतों की अनुपस्थिति में घूर्णी वेस्टिबुलर संकेत प्रदान करने के लिए, एक पर्यवेक्षक को मोटर चालित कुर्सी13,14,15,16 द्वारा निष्क्रिय रूप से घुमाया जा सकता है। इस तरह की निष्क्रिय गति को आत्म-गति17 के लिए बहुत ठोस संकेत प्रदान करने के लिए दिखाया गया है। एक वीआर हेडसेट द्वारा प्रदान किए गए नियंत्रित दृश्य संकेत कुर्सी की गति के साथ सर्वांगसम या असंगत हो सकते हैं या पूरी तरह से अनुपस्थित हो सकते हैं। प्रोप्रियोसेप्टिव संकेतों को पर्यवेक्षक को अपनी शक्ति के तहत कुर्सी को घुमाकर जोड़ा जा सकता है, उदाहरण के लिए, कुर्सी को अपने पैरों के साथ चारों ओर धकेलकर।
यहां प्रस्तुत एक पर्यवेक्षक के शरीर को शारीरिक रूप से घुमाने और उस गति को एक दृश्य (और संभावित श्रवण) आभासी अनुभव में एकीकृत करने के लिए एक माध्यम में एक कार्यालय कुंडा कुर्सी को परिवर्तित करने के लिए एक विधि है। कुर्सी का रोटेशन पर्यवेक्षक, एक कंप्यूटर प्रोग्राम, या प्रयोगकर्ता जैसे किसी अन्य व्यक्ति के नियंत्रण में हो सकता है। पर्यवेक्षक-नियंत्रित रोटेशन मोटर-चालित रोटेशन को पर्यवेक्षक के हाथ से आयोजित नियंत्रक की स्थिति का एक कार्य बनाकर निष्क्रिय हो सकता है या कुर्सी को बंद करके सक्रिय कर सकता है और पर्यवेक्षक को खुद कुर्सी को घुमाता है।
इसके अलावा प्रस्तुत इस कुर्सी / वीआर प्रणाली के लिए एक मनोवैज्ञानिक अनुप्रयोग है। यह उदाहरण आवेदन यह समझने में एक पर्यवेक्षक के नियंत्रित निष्क्रिय रोटेशन की उपयोगिता पर प्रकाश डालता है कि समग्र अवधारणात्मक अनुभवों का उत्पादन करने के लिए आत्म-गति संकेत कैसे बातचीत करते हैं। विशिष्ट लक्ष्य एक लंबे समय से अध्ययन किए गए दृश्य भ्रम-प्रेरित गति18,19 में अंतर्दृष्टि प्राप्त करना था। प्रेरित गति में, एक स्थिर या चलती लक्ष्य अवधारणात्मक रूप से चलती पृष्ठभूमि से दूर “प्रतिकारित” होता है। उदाहरण के लिए, यदि एक लाल लक्ष्य बिंदु दाईं ओर जाने वाले नीले डॉट्स के क्षेत्र के खिलाफ लंबवत रूप से ऊपर की ओर बढ़ता है, तो लक्ष्य बिंदु ऊपर की ओर बढ़ने के लिए दिखाई देगा, जैसा कि अपेक्षित था, लेकिन बाईं ओर भी, चलती पृष्ठभूमि20,21 की दिशा से दूर। इसका उद्देश्य यह परीक्षण करना था कि क्या प्रतिकर्षण पृष्ठभूमि गति की व्याख्या करने का परिणाम है क्योंकि आत्म-गति22,23 के कारण होता है।
यदि यह मामला है, तो भौतिक रोटेशन के अलावा जो पृष्ठभूमि दृश्य गति के अनुरूप है, उसे एक मजबूत भावना का कारण बनना चाहिए कि पृष्ठभूमि गति एक स्थिर वातावरण के माध्यम से आत्म-रोटेशन के कारण है। यह, बदले में, स्थिर दुनिया23 के सापेक्ष लक्ष्य गति प्राप्त करने के लिए लक्ष्य गति से पृष्ठभूमि गति को घटाने की अधिक प्रवृत्ति का कारण बनना चाहिए। घटाने की इस बढ़ी हुई प्रवृत्ति के परिणामस्वरूप अधिक कथित लक्ष्य प्रतिकर्षण होगा। भौतिक आत्म-रोटेशन जो या तो पृष्ठभूमि गति के अनुरूप या असंगत था, इसका परीक्षण करने के लिए जोड़ा गया था। यहां प्रस्तुत प्रणाली ने इस परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए भौतिक गति और संबंधित दृश्य गति के सटीक नियंत्रण के लिए अनुमति दी। उदाहरण में, कुर्सी की गति वीआर सिस्टम के हाथ से आयोजित नियंत्रक का उपयोग करके पर्यवेक्षक के प्रत्यक्ष नियंत्रण में थी।
यद्यपि साहित्य 24,25,26,27,28,29 में विभिन्न वीआर अनुप्रयोगों के लिए मोटरचालित घूर्णन कुर्सियों के कई उदाहरण हैं, लेखक इस तरह की कुर्सी बनाने और इसे एक इंटरैक्टिव वीआर अनुभव में एकीकृत करने के लिए निर्देशों के संक्षिप्त सेट से अनजान हैं। स्विवीआरचेयर29 के लिए सीमित निर्देश उपलब्ध हैं, जो यहां प्रस्तुत किए गए एक के लिए संरचना में समान है, लेकिन इसे ध्यान में रखते हुए एक अलग उद्देश्य के साथ डिज़ाइन किया गया है, अर्थात, वीआर वातावरण में विसर्जन में सुधार के लिए कंप्यूटर प्रोग्राम द्वारा संचालित किया जाना है, जहां कुर्सी आंदोलन को जमीन पर अपने पैर रखकर उपयोगकर्ता द्वारा ओवरराइड किया जा सकता है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कुर्सियों30,31 के खर्च को देखते हुए, एक “इन-हाउस” बनाना कुछ शोधकर्ताओं के लिए एक अधिक व्यवहार्य विकल्प हो सकता है। इस स्थिति में उन लोगों के लिए, नीचे दिए गए प्रोटोकॉल का उपयोग किया जाना चाहिए।
सिस्टम ओवरव्यू
प्रोटोकॉल में एक कार्यालय की कुर्सी को विद्युत रूप से संचालित घूर्णन कुर्सी में परिवर्तित करने और कुर्सी आंदोलन को वीआर अनुभव में एकीकृत करने के निर्देश शामिल हैं। पूरी प्रणाली, एक बार पूरा होने के बाद, चार भागों से बना है: यांत्रिक, विद्युत, सॉफ्टवेयर और वीआर उपप्रणालियां। पूरी प्रणाली की एक तस्वीर चित्रा 1 में दिखाया गया है। दिखाया गया सिस्टम उदाहरण प्रयोग में उपयोग किया जाने वाला था।
मैकेनिकल सबसिस्टम का काम शारीरिक रूप से एक मोटर के माध्यम से एक कुंडा कुर्सी के ऊपरी शाफ्ट को घुमाना है। इसमें एक कार्यालय की कुर्सी होती है जिसमें दो चीजें जुड़ी होती हैं: कार्यालय की कुर्सी के ऊपरी घूर्णन शाफ्ट के लिए तय एक चरखी और शाफ्ट के निचले निश्चित हिस्से से जुड़ा एक समायोज्य बढ़ते फ्रेम। एक इलेक्ट्रिक स्टेपर मोटर माउंट से जुड़ी होती है, जिसमें इसके शाफ्ट से जुड़ी एक चरखी होती है जो कार्यालय की कुर्सी के ऊपरी शाफ्ट पर चरखी के साथ लाइन करती है। एक बेल्ट मोटर चरखी को कुर्सी चरखी से जोड़ता है, जिससे मोटर कुर्सी को स्पिन करने की अनुमति देती है।
विद्युत उपप्रणाली मोटर को शक्ति प्रदान करती है और मोटर के इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण की अनुमति देती है। इसमें एक मोटर चालक, मोटर के लिए एक बिजली की आपूर्ति, कंप्यूटर के साथ ड्राइवर को इंटरफेस करने के लिए एक Arduino बोर्ड, और Arduino (वैकल्पिक) के लिए बिजली की आपूर्ति होती है। एक Arduino बोर्ड शौकिया और कुछ भी इलेक्ट्रॉनिक के पेशेवर निर्माताओं के बीच एक लोकप्रिय छोटा बोर्ड है, जिसमें एक प्रोग्राम करने योग्य माइक्रोप्रोसेसर, नियंत्रक, इनपुट और आउटपुट पिन, और (कुछ मॉडलों में) एक यूएसबी पोर्ट (यहां आवश्यक) शामिल है। सभी विद्युत घटकों को एक कस्टम-संशोधित विद्युत रूप से अछूता बॉक्स में रखा गया है। चूंकि ट्रांसफार्मर के लिए मुख्य शक्ति की आवश्यकता होती है जो मोटर को और (वैकल्पिक) Arduino बिजली की आपूर्ति के लिए बिजली प्रदान करती है, और जैसा कि मोटर को उच्च ऑपरेटिंग वोल्टेज की आवश्यकता होती है, सभी लेकिन कम वोल्टेज इलेक्ट्रॉनिक काम (प्रोटोकॉल चरण 2.5 से 2.10 नीचे) एक योग्य व्यक्ति द्वारा किया जाना चाहिए।
सॉफ्टवेयर सबसिस्टम में Arduino प्रोग्रामिंग के लिए Arduino सॉफ्टवेयर, वीआर वातावरण बनाने के लिए यूनिटी सॉफ्टवेयर, वीआर सिस्टम को चलाने के लिए स्टीम सॉफ़्टवेयर, और आर्डिटी-एक यूनिटी प्लगइन शामिल है जो यूनिटी को Arduino बोर्ड के साथ संवाद करने की अनुमति देता है। यह सॉफ़्टवेयर उदाहरण प्रयोग (चित्रा 1) के लिए माइक्रोसॉफ्ट विंडोज 10 एंटरप्राइज़ चलाने वाले एक गिगाबाइट सेबर 15 डब्ल्यूवी 8 लैपटॉप पर स्थापित किया गया था।
वीआर सिस्टम में अंतरिक्ष में एचएमडी और नियंत्रक की स्थिति और अभिविन्यास का निर्धारण करने के लिए एक हेड-माउंटेड डिस्प्ले (एचएमडी), एक हाथ से आयोजित नियंत्रक और बेस स्टेशन होते हैं। इस परियोजना के लिए उपयोग की जाने वाली वीआर प्रणाली एचटीसी विवे प्रो (चित्रा 1) थी।
नीचे वर्णित एक आभासी अनुभव प्राप्त करने के लिए इन घटकों के संयोजन की प्रक्रिया है जो हाथ से आयोजित नियंत्रक के माध्यम से पर्यवेक्षक द्वारा नियंत्रित कुर्सी गति के साथ भौतिक रोटेशन (प्रयोग या अन्यथा) को शामिल करता है या कंप्यूटर माउस या पोटेंशियोमीटर के माध्यम से मेजबान / प्रोटोकॉल के अंतिम भाग में वीआर अनुभव शुरू करने के लिए आवश्यक कदम शामिल हैं। ध्यान दें कि परीक्षणों और डेटा संग्रह की अनुमति देने के लिए एकता को कोडिंग करने की विधि इस पांडुलिपि के दायरे से परे है। कुछ कदम, विशेष रूप से यांत्रिक उपप्रणाली के लिए, कुछ कार्यशाला उपकरण और कौशल के एक निश्चित स्तर की आवश्यकता होती है। सिद्धांत रूप में, प्रस्तुत विधियों को उन संसाधनों की उपलब्धता के अनुरूप समायोजित किया जा सकता है। कुछ अधिक तकनीकी चरणों के लिए विकल्प पेश किए जाते हैं।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह पेपर एक पर्यवेक्षक या प्रयोगकर्ता के नियंत्रण में कार्यालय की कुर्सी पर स्वचालित रोटेशन जोड़ने के लिए एक विधि प्रस्तुत करता है, और उस गति को आभासी अनुभव में एकीकृत करने के लिए एक साथ विधि प्रस्तुत क?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद अनुदान डीपी 160104211, डीपी 190103474, और डीपी 190103103 द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| 48 V DC power supply (motor) | Meanwell | RSP-320-48 | https://www.meanwellaustralia.com.au/products/rsp-320 |
| 5 V DC power supply (arduino) | Jaycar | MP3295 | https://www.jaycar.com.au/15w-5v-3a-enclosed-power-supply/p/MP3295?pos=5&queryId=dda344422ab16c6 7f558551ac0acbd40 |
| Ardity plugin for Unity | Open Source | https://ardity.dwilches.com/ | |
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| Arduino software | Arduino | https://www.arduino.cc/en/software | |
| Belt | Motion Dynamics | RFTB10010 | Choose a size that suits the application. We used 60 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/polyurethane-timing-belts-16mm-t-10/ |
| Bracket bolts (holding motor) | The Fastner Factory | 161260 | x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-35mm-100pc |
| Bracket bolts (not holding motor) | The Fastner Factory | 161258 | x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-25mm-100pc |
| Clamp Angle Iron | Austral Wright Metals | 50004813 | x 2. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/ |
| Clamp bolts | The Fastner Factory | 161265 | x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-70mm-100pc |
| Clamp leaves (stainless flat bar) | Austral Wright Metals | 50004687 | x 8. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/ |
| Cover (acrylic) | Bunnings Warehouse | 1010489 | https://www.bunnings.com.au/suntuf-900-x-600-x-5mm-grey-acrylic-sheet_p1010489 |
| Cover bolts/nuts | Bunnings Warehouse | 247292 | x 4. https://www.bunnings.com.au/pinnacle-m3-x-16mm-stainless-steel-hex-head-bolts-and-nuts-12-pack_p0247292 |
| Cover brackets | Bunnings Warehouse | 44061 | x 4. https://www.bunnings.com.au/zenith-20mm-zinc-plated-angle-bracket-16-pack_p0044061 |
| Emergency shut-off switch | Jaycar | SP0786 | https://www.jaycar.com.au/latching-emergency-stop-switch/p/SP0786?pos=1&queryId=5abe9876cf78dc3d d26b9067fbc36f74 |
| Hybrid stepper motor and driver | Vevor | ? | Closed Loop Stepper Motor Nema 34 12NM Servo Motor Hybrid Driver https://vevor.com.au/products/1712oz-in-nema34-closed-loop-stepper-motor-12nm-hybrid-servo-driver-hsc86-kit?variant=33058303311975 |
| IEC mains power connector | RS components | 811-7213 | https://au.rs-online.com/web/p/iec-connectors/8117213 |
| Instrument case (housing) | Jaycar | HB6381 | https://www.jaycar.com.au/abs-instrument-case-with-purge-valve-mpv2/p/HB6381 |
| LED | Jaycar | ZD0205 | https://www.jaycar.com.au/green-10mm-led-100mcd-round-diffused/p/ZD0205?pos=11&queryId=e596cbd3d71e86 37ab9340cee51175e7&sort= relevance |
| Main pulley (chair) | Motion Dynamics | ALTP10020 | Choose a size that suits the application. More teeth = slower rotation. We used 36 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/timing-pulleys-t10-16mm.html |
| Motor attachment bars (Stainless flat bar) | Austral Wright Metals | 50004687 | x 4. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/ |
| Mounting brackets (stainless flat bar) | Austral Wright Metals | 50004687 | x 2. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/ |
| Nuts | The Fastner Factory | 161989 | x 12. https://www.thefastenerfactory.com.au/stainless-steel-hex-nylon-insert-lock-nut-m6-100pc |
| On/off switch | Jaycar | SK0982 | https://www.jaycar.com.au/dpdt-illuminated-rocker-large-red/p/SK0982?pos=4&queryId=88e0c5abfa682b74 fa631c6d513abc73&sort=relevance |
| Potentiometer | Jaycar | RP8610 | https://www.jaycar.com.au/10k-ohm-logarithmic-a-single-gang-9mm-potentiometer/p/RP8610?pos=4&queryId=0d1510281ba100d 174b8e3d7f806a020 |
| Pulley screws | The Fastner Factory | 155856 | x 5. https://www.thefastenerfactory.com.au/stainless-steel-hex-socket-head-cap-screw-m4-x-25mm-100pc |
| resistor 150 Ohm | Jaycar | RR2554 | https://www.jaycar.com.au/150-ohm-1-watt-carbon-film-resistors-pack-of-2/p/RR2554?pos=19&queryId=48c6317c73fd361 a42c835398d282c4a&sort= relevance |
| Small pulley (motor) | Motion Dynamics | ALTP10020 | Choose a size that suits the application. More teeth = faster rotation. We used 24 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/timing-pulleys-t10-16mm.html |
| Small toggle switch | Jaycar | ST0555 | https://www.jaycar.com.au/sealed-mini-toggle-switch/p/ST0555?pos=14&queryId=066b989a151d83 31885c6cec92fba517&sort= relevance |
| Steam software | Valve Corporation | https://store.steampowered.com/ | |
| SteamVR plugin for Steam | Valve Corporation | https://store.steampowered.com/app/250820/SteamVR/ | |
| Unity software | Unity Technologies | https://unity3d.com/get-unity/download | |
| VR system | Scorptec | 99HANW007-00 | HTC Vive Pro with controllers and base stations. https://www.scorptec.com.au/product/gaming-peripherals/vr/72064-99hanw007-00?gclid=Cj0KCQiA5OuNBhCRARIsA CgaiqX8NjXZ9F6ilIpVmYEhhanm GA67xLzllk5EmjuG0gnhu4xmiE _RwSgaAhn8EALw_wcB |
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